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概要 CNCフライス盤による電子基板作成の手順について説明します。 この方法は、カット基板(生基板)に溝を掘り絶縁することで、回路を形成する方法です。 試作や一品物の基板の場合、ユニバーサル基板と手半田で作ることがほとんどですが、 表面実装や高密度実装で、数個を作る場合、 手半田で作るよりCNCフライスで作ったほうが楽です。 しかし、作業手順が多くなるため、簡単な基板を1つだけ作る場合は、 手半田で作ったほうが早く仕上がります。 また、十枚以上など量を必要とする場合は、速度の遅いCNCには向かず、 エッチングしたほうが早くなります。 CNCでの基板作成は、ある程度の規模の基板を作るときにすること。 使用ソフト KiCAD(電子基板設計環境) pyGerber2Gcode(ガーバーデータ-Gコード変換ソフト) 使用CNCフライス盤 ORIGINALMINED mini-CNC BLACKII 1510 使用刃 基板加工カッター 美濃昌典(先端角=90°刃径=0.8) 作業の流れ 回路図エディタ(KiCADのeeschema)で回路図を作成する。 パターンエディタ(KiCADのpcbnew)で基板のパターン(部品の配置や導線の配置)を作成する。 パターンをガーバーデータに出力 切削速度・掘り下げ幅・ドリル半径を設定してガーバーデータをGコード(NCプログラム)に変換(pyGerber2Gcodeを使用) CNCフライス盤とドリルで、穴を開ける。 CNCフライス盤とVカッターor基板加工カッターでカット基板(生基板)を切削し、パターンを作っていく。 CNCフライス盤とエンドミルで基板外形を切削する。 フラックスなどを塗布し、銅箔の酸化を防止する。 部品を実装する。 参考にさせていただいたサイト KiCad日本ユーザ コミュニティ http //kicad.jp/ コメを噛め CNCフライスでプリント基板製作講座 http //www.fumi2kick.com/komekame/archives/1656 Linux工作室 KiCAD http //penguin.tantin.jp/hard/KiCAD.html
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牧野フライス製作所 本店：東京都目黒区中根２丁目３番19号 【商号履歴】 株式会社牧野フライス製作所（1961年４月～） 株式会社牧野竪フライス製作所（1951年５月１日～1961年４月） 【株式上場履歴】 ＜東証１部＞1971年８月２日～ ＜大証１部＞1971年８月２日～2009年３月７日（上場廃止申請） ＜東証２部＞1964年７月22日～1971年８月１日（１部に指定替え） ＜大証２部＞1969年９月１日～1971年８月１日（１部に指定替え） 【沿革】 昭和12年５月 牧野常造が、一番立フライス盤の専門メーカーとして、現本社所在地に「牧野商店製作部」を創業する。 昭和17年３月 商号を「牧野竪フライス製作所」と改称。現相談役清水正利が経営に参加する。 昭和26年５月 株式会社組織に改組(資本金300万円)。 昭和28年４月 超精密万能工具研削盤を開発する。 昭和33年３月 ユニットシステムを導入した一番タレット形立フライス盤“Kシリーズ”を開発する。 昭和33年３月 わが国最初の磁気テープによる“数値制御立フライス盤”を開発する。 昭和36年４月 商号を現在の「株式会社牧野フライス製作所」に改称する。 昭和39年７月 株式を東京証券取引所・第二部市場に上場する(資本金２億円)。 昭和41年10月 マシニングセンタの国産第一号機を開発する。 昭和46年８月 株式を東京ならびに大阪証券取引所・第一部市場に上場する(資本金10億円)。 昭和47年３月 関東物産株式会社(現連結子会社)に資本参加する。 昭和47年８月 “適応制御マシニングセンタによるトランスファライン”を開発する。 昭和48年10月 自動NCテープ作成機“三次元自動座標測定装置付テープセンタ”を開発する。 昭和50年２月 米国に現地法人「MAKINO U.S.A. INC.」を設立する。 昭和51年９月 ベッド形NC立フライス盤“FNCシリーズ”、立形マシニングセンタ“FNC―Aシリーズ”を開発する。 昭和52年２月 ㈱牧野技術サービス(現連結子会社)を設立する。 昭和53年10月 西独のハイデンライヒアンドハーベック社(平成11年１月MAKINO Europe GmbH(現連結子会社)に改称)に資本参加し、現地生産体制を作る。 昭和55年10月 放電加工機のNC化を完了する。 昭和56年９月 米国レブロンド社を買収し、レブロンド・マキノと改称(平成８年７月MAKINO INC.(現連結子会社)に改称)、現地生産体制を作る。 昭和57年11月 金型自動加工システム“DMS”を開発する。 昭和58年10月 「FMS工場」が稼動開始する。 昭和59年11月 “５軸制御マシニングセンタ(MC1516―５XA)”、“グラファイト電極加工機(SNC―86)”を開発する。 昭和61年５月 “モジュールMMC(マキノ・マシニング・コンプレックス)”を開発する。 昭和62年１月 大阪営業所の自社ビルを建設、営業を開始する。 昭和62年11月 富士勝山工場を建設、操業を開始する。 昭和62年12月 レブロンド・マキノ・アジア社(平成４年４月MAKINO ASIA PTE LTD(現連結子会社)に改称)に出資し、子会社化する。 昭和63年５月 名古屋営業所の自社ビルを建設、営業を開始する。 平成２年10月 「マキノR Dセンタ(平成12年７月 EDM事業部に改称)」を開設する。 平成５年10月 マキノジェイ㈱(現連結子会社)を設立する。 平成６年３月 マキノ電装㈱(現連結子会社)を設立する。 平成11年９月 立形マシニングセンタV33を開発する。 平成12年10月 マイクロFF加工機HYPER２を開発する。 平成13年11月 横形マシニングセンタa51を開発する。 平成14年１月 PACIFIC PRECISION CASTING社(平成14年１月MAKINO RESOURCE DEVELOPMENT PTE LTD(現連結子会社)に出資し、子会社化する。 平成14年４月 立形マシニングセンタV56を開発する。 平成15年２月 超精密ワイヤ放電加工機UPJ―２を開発する。 平成15年11月 立形マシニングセンタV22を開発する。 平成16年10月 横形マシニングセンタJ3FORMULA、J3を開発する。 平成16年10月 高精度ワイヤ放電加工機W32FB、W53FBを開発する。 平成17年10月 大型立形マシニングセンタV99を開発する。 平成18年９月 iGRINDER G5を開発する。
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実際に基板を切削する前に、使用するCNCでの基本的な切削方法を理解してください。 (mini-CNC BLACKⅡを使用する場合、 オンラインマニュアル→ここ(要ログイン) などを見てひと通りの操作法を覚えてください。) 基板の切削手順については、以下の動画が非常にわかりやすく解説されています。 特にZ軸のゼロ点出しは動画を参考にしてください。 CNCフライスでプリント基板を作成しよう 注意点 途中トラブルで強制停止しても途中から再開できるように、ゼロ点から原点までの座標をメモすること。 パターンを掘る深さは0.1mmほどと非常に浅いので、基板を両面テープなどで固定するとき、基板と捨て板の間に切子などゴミが挟まらないようにすること。ゴミが入ってしまうと平面度が確保できず、パターンの太さが場所によって変わってしまいます。
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なぜ変換が必要か 前の段階で出力したガーバファイルはパターンの形をそのまま表している形式です。 CNCフライスで切削する場合、刃には太さが有るため、 そのまま切削すると、刃の半径分パターンが内側に細くなってしまいます。 そこで、刃の半径分外側を掘る必要があります。 そのオフセット考慮した軌跡を計算し、さらに、彫り込む深さや切削速度の指定を加えたものが Gコード(正確にはNCプログラム)なのです。 直接NCマシンを動かす場合は、このGコードを読み込む必要があります。 pyGerber2Gcodeのダウンロード https //code.google.com/p/pygerber2gcode/を開き、 ダウンロードページから以下の3つのファイルをダウンロードして下さい。 pygerber2gcode_cui.py pyg2g_cui.conf gerber_merge.py pyg2g_cui.confの編集 CUIソフトのため、pyg2g_cui.confの内容を編集することによって各項目の設定を行います。 設定項目の意味は以下のとおりです。 設定の例は CNCフライス：ORIGINALMINED mini-CNC BLACKII 1510 基板加工カッター：美濃昌典 先端角=90°刃径=0.8 の場合を想定しています。 違う環境で行う場合は、適宜変更してください。 表中のアスタリスク"*"はワイルドカードとして読んでください。 GERBER_DIR ガーバファイルの保存してあるフォルダをフルパスで指定する。 FRONT_FILE 両面基板の場合、表面(部品面)のガーバーファイル名を指定する。 BACK_FILE 裏面(ハンダ面)のガーバーファイル名を指定する。 DRILL_FILE ドリルファイル名を指定する。 EDGE_FILE 基板外形も切削する場合、外形のガーバファイル名を指定する。 MIRROR_**** 表裏反転処理をするか指定する。有効にするには1、無効は0を指定する。 ROT_ANG 基板を回転する角度を指定する。回転しない場合は0を指定。 OUT_DIR 変換後のGコードをどこに出力するかフルパスで指定する。 OUT_*** FILE 出力するGコードのファイル名を指定する。 INI_* 動作開始時に初期化する座標を指定。(この設定はあとで削除するため、0など適当に設定) MOVE_HEIGHT 移動時の移動速度を指定(mm/min) IN_INCH_FLAG 入力ファイルの単位がインチかどうかの指定。ここでは1を指定。 OUT_INCH_FLAG 出力ファイルの単位をインチにするかの指定。ここでは0を指定。 MCODE_FLAG スピンドルの回転・停止の命令を含むかの指定。ここでは1を指定。 XY_SPEED X・Y軸で切削時の移動速度。ここでは600を指定。 Z_SPEED パターン切削時の掘り下げ速度。ここでは10を指定。 LEFT_X Gコードを左端からシフトする幅を指定。ここでは0を指定。 LOWER_Y Gコードを下端からシフトする幅を指定。ここでは0を指定。 DRILL_SPEED ドリルで切削時の掘り下げ速度。ここでは10を指定。 DRILL_DEPTH ドリルの掘り下げ幅。-(基板の厚さ+1mm)ほどを指定。 CUT_DEPTH パターンの掘り下げ幅。銅箔の厚さによるが、ここでは-0.1を指定。 TOOL_D パターン用刃の直径。ここでは(美濃昌典を使用するため)0.4を指定。 DRILL_D 穴あけ用刃の直径。ここでは(美濃昌典を使用するため)0.8を指定。 CAD_UNIT DRILL_UNIT EDGE_UNIT EDGE_TOOL_D 基板外形の切削に使用するエンドミルの直径を指定。 EDGE_DEPTH 基板外形の切削幅を指定。-(基板の厚さ+0.5mm)ほどを指定。 EDGE_SPEED 基板外形の切削速度を指定。ここでは400を指定。 EDGE_Z_SPEED 基板外形の掘り下げ速度を指定。ここでは10を指定。 MERGE_DRILL_DATA ドリル切削データをパターンデータに併合するか指定。両方美濃を使うためここでは1を指定。 Z_STEP ドリル・基板外形の1度に掘り下げる幅を指定。ここでは-0.1から-0.5を指定。はじめは小さく削り、大丈夫そうならすこしずつ増やす。あまり大きいと刃が折れるので注意。 GERBER_COLOR DRILL_COLOR EDGE_COLOR CONTOUR_COLOR GERBER_EXT DRILL_EXT EDGE_EXT GCODE_EXT GDRILL_EXT GEDGE_EXT 設定項目の意味は配布元の説明を書いているつもりですが、英語には自信がないので、 一度配布元の説明(https //code.google.com/p/pygerber2gcode/wiki/SettingValues)を読むことをおすすめします。 変換の実行 コマンドプロンプトを開き、以下のようにコマンドを入力し実行してください。 "pypy.exeのフルパス" "pygerber2gcode_cui.pyのフルパス" "pyg2g_cui.confのフルパス" 例) pypy.exeのフルパスが"C \pypy-2.0-beta1\pypy.exe"、 pygerber2gcode_cui.pyのフルパスが"C \pygerber2gcode\pygerber2gcode_cui.py"、 pyg2g_cui.confのフルパスが"C \pygerber2gcode\pyg2g_cui.conf" の場合。 "C \pypy-2.0-beta1\pypy.exe" "C \pygerber2gcode\pygerber2gcode_cui.py" "C \pygerber2gcode\pyg2g_cui.conf" コマンドを打ち込むのが面倒な場合は、バッチファイルを作成して上記コマンドを実行するようにすれば楽になります。 これで、confファイルで指定した場所にGコード(NCデータ)が出来上がります。 エラーが出て出力されないときは、confファイルやコマンドに間違いがあるので、修正してください。 Gコードの修正 Gerber2Gcodeの作成するGコードは、今あるドリルの位置を"INI_X" "INI_Y" "INI_Z"で指定した座標とする命令が初めの方に組み込まれます。 G90G54G92 で始まる行がその命令です。 この命令は、手作業で0点出しを行う場合、邪魔なことが多いので、テキストエディタで削除します。 出来上がった各Gコードを適当なテキストエディタで開く。 G90G54G92 で始まる行を削除する。 上書き保存をする。 これで座標を勝手に変更されることはなくなります。 出来上がったGコードはNCVC(http //s-gikan2.maizuru-ct.ac.jp/xcl/)などでおかしなところが無いかチェックしてから切削に移ってください。
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基板設計をする前に 基板データの作成は、KiCAD日本ユーザコミュニティのチュートリアル(ここ)を参考に行なってください。 初めてKiCADを使う場合は、はじめから自分の基板を作らず、ひと通りチュートリアルをこなしてから製作に移った方がスムーズに作成できると思います。 ライブラリについて デフォルトのライブラリにないコンポーネントやフットプリントは、 自作するかインターネットから取ってくる必要があります。 Googleなどで「kicad component library」と検索するといくつかまとめサイトが見つかるはず。 以下2つは比較的量が多くまとめられてるサイトなのでここからライブラリを持ってくれば大抵は揃うはずです。 http //www.kicadlib.org/ http //smisioto.no-ip.org/elettronica/kicad/kicad-en.htm 自分の欲しい部品のライブラリが公開されてない場合は、 コンポーネントを自作する必要があります。 手順はKiCADチュートリアルの43番から説明してあります。 1から自分で作成するよりも、 似たような部品を修正して、欲しいコンポーネントを作ったほうが 手間もかかりませんし他の部品と統一感が出ます。 また、下記のような自動作成ツールも活用してください。 コンポーネント自動作成ツールhttp //kicad.rohrbacher.net/quicklib.php フットプリント自動作成ツールhttp //kicad.rohrbacher.net/quickmod.php 注意 pygerber2gcodeでGコードに変換すると、楕円形(ティアードロップ)のフットプリント(ランド)が消えてしまう不具合があります。フットプリントはすべて正方形か円に設定してください。 使用するCNCフライスのテーブルの大きさを予め調べて、基板がテーブルの大きさより小さくなるよう設計してください。 パターン配置の留意点 パターン同士の感覚はクリアランスぴったりに狭くするか、十分広く取りかどちらかにすること。極細の銅箔が残る感覚で切削すると、ヒゲが発生し、ショートの原因になります。特に半月Vカッターなど1枚刃での切削時は顕著に現れるため、気をつけること。 ガーバーデータの出力 以下では、回路図の作成、部品のアノテーション、ERC のテスト、フットプリントの選択、部品やパターン配置、デザインルールチェックが 終わったことを前提に、ガーバーデータの出力以降の手順を説明します。(つまり、チュートリアルと同じ手順で自分の基板を作ってください) メニューバーの[ファイル]-[プロット]でプロットウィンドウを表示する。 作画フォーマットを「ガーバー」に設定。 レイヤーで「表面」「裏面」「基板外形」(あるいはそれに該当するレイヤ)のみにチェック。 「プロット」ボタンを押し、ガーバーデータを出力する。 ドリルファイルの出力 引き続きプロットウィンドウの「ドリルファイルの生成」ボタンを押す。 ドリルユニットをインチに設定。 ゼロフォーマットを「小数点フォーマット」に設定。 「OK」ボタンを押してドリルファイルを出力する。 出力したファイルはデフォルトでプロジェクトのフォルダ内に作られてるはずです。
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ガーバーデータをGコードに変換するpyGerber2Gcode(https //code.google.com/p/pygerber2gcode/)にはGUIバージョンとCUIバージョンがあります。 GUIバージョンは、Pythonの他にGUI機能を実現するためwxPythonも必要です。 Windowsの場合、GUIバージョンはデータの読み込み時に強制終了してしまうようです。 速度もGUIバージョンは遅いため、ここではCUIバージョンを使用することにします。 CUIバージョンの実行にはPyPyが必要です。 PyPyのダウンロードページ(http //pypy.org/)から自分の環境に合った実行ファイルをダウンロード、適当な場所に解凍してください。
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KiCAD日本ユーザコミュニティ(http //kicad.jp/)からKiCADのインストーラをダウンロード＆インストールしてください。 インストールの最後にWings3Dのインストールをするかのチェックボックスがありますが、 WindowsXPより新しいOSの場合は、チェックせずに完了してください。
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Eli Whitney (1765/12/8 - 1825/1/8) 米国の発明家。綿繰り機、フライス盤を発明 最初の切手／出身国最初の切手（1940年、米国発行） 米国 1940.10. 7 著名な米国人 1c 凹 鮮青緑 肖像
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以下のフライス盤を使って、スラダンの可動域とバネが入る部分を作ります。